Загальні відомості про електромобілі.

Електромобіль – автомобіль, який приводитьсяв рух одним або ж декількома електродвигунами з живленням від автономного джерела – акумулятора. Найбільш розповсюджені електричні акумулятори, з якими пов'язується проблема створення електромобіля.

Існує кілька типів електричних акумуляторів: кислотний (свинце­вий), лужний (залізонікелевий), срібляно-цинковий, а також акумуля­тори, де електролітом являється розплавлений лужний метал (літій або натрій) при високій температурі.

Свинцеві акумулятори винайшли у 1859 році і в 1898 році француз Шасслу Лаба на електромобілі досяг швидкості 63 км/год, а роком пі­зніше бельгійський гонщик К.Ієнатці на електромобілі, обладнаному свинцевим акумулятором масою біля 2-х тонн, встановив світовий ре­корд швидкості на суші - 105,9 км/год.

Але ж найкраще достоїнство електромобіля - як самого чистого транспорту не врятувало його від забуття. Акумулятори тих днів скла­дали 35 % ваги всього електромобіля, були дорогими і малопотужни­ми, не могли конкурувати з легкими, дешевими і потужними ДВЗ. Нафта здавалась невичерпною, бензину було у надлишку і він був де­шевим.

Людство пішло по легкому шляху, але легкий шлях часто приво­дить до тяжких наслідків.                                                                                             

У другій половині XX століття у зв'язку із виникненням енергетич­ної кризи, сотні вчених були знову залучені до розробки економічних електромобілів.

У 1959 р. на базі тролейбусів в колишньому СРСР були створені акумуляторні електробуси. Вони були обладнані залізо-нікелевими акумуляторними батареями масою 4 тонни, розвивали швидкість ЗО км за годину і мали радіус дії - 50 км.

На Червоній площі у Москві у 1975 р. пройшли парадом три ван­тажні машини з написом "електромобіль". Після параду їх стали вико­ристовувати для розвезення продуктів у дитсадки.

У США в 1979 році були випущені перші 2500 електромобілів. Ви­трати електроенергії в них складають 1,5 цента на 1 милю пробігу, в той час як бензин обходиться в 4 центи на 1 милю.

Однак власники цих електромобілів скаржаться на високу вартість акумуляторів, на повільне прискорення при зрушенні з місця, на неве­лику швидкість, особливо при підйомі в гору.

Для того, щоб електромобіль міг скласти конкуренцію ДВЗ, згідно даних Національної академії наук США, так звана сімейна модель машини повинна мати дальність пробігу не 50 км як зараз, а більше 300 км, середню швидкість не ЗО км/год, а 90 км/год. Перезарядка акумуляторів не повинна перевищувати 6 годин.

Вартість такої машини має бути не більше 5 тисяч доларів.

Зараз автомобільний акумулятор масою 5,5 кг накопичує таку кіль­кість енергії, яка міститься в келишку бензину.

Найбільш перспективними являються нікель-цинкові акумулятори, здатні забезпечити 1000 циклів перезарядки. Навіть з їх використан­ням вага акумуляторів у електромобілі складе біля 30 % ваги усього автомобіля.

Маховик на транспорті.

Маховики мають практично необмежену питому потужність. Як перспективні акумулятори енергії вони стали розглядатись зовсім недавно, із винаходом супермаховиків. Супермаховики виготовляються із надміцних ниток і стрічковидних матеріалів шляхом намотування і мають високу питому енергію. Вони більш безпечні, ніж звичайні ма­ховики.

 З першого погляду здається, що чим важчий маховик, тим більше енергії він може накопичити.

Однак у більшості випадків це не так. Свинцевий маховик, наприклад, не накопичить і 1/100 долі енергії титанового або алюмінієвого маховика.

  Пластмасові маховики не уступають по щільності енергії сталевим.

Ще у 1860 р. російський військовий інженер Шуберський запропо­нував використати кінетичну енергію маховиків для приводу так зва­них маховозів, які мали забезпечувати в'їзд поїздів на круті підйоми.

Маховики Шуберського, масою у сотні пудів, з'єднувались із коле­сами маховозу - звичайної залізничної платформи - фрикційною зачі­пкою.

У 1905 р. англієць Ланчестер отримав патент на винахід, в якому для приводу автомобіля у момент зрушення на зупинках використо­вуються маховики швидкого обертання.

Оригінальний екіпаж з маховиком-гіроскопом був збудований і продемонстрований у Лондоні російським інженером Шиловським у 1914 році. Цю машину він назвав гірокаром. Вона мала 2 колеса і під­тримувалась у стійкому положенні маховиком, що обертався від елек­тромотора. Генератор, що живив електромотор, обертався від вала ос­новного двигуна гірокара.

Маховик у цій машині використовувався тільки для стійкості дя­куючи гіроскопічному ефекту.

У 1960 році у США фірмою "Форд" був збудований двоколісний автомобіль "Джирон" за конструкцією, аналогічною гірокару Шиловського. Його випробування показали перспективність таких автомобі­лів у майбутньому.

Справжньою сенсацією була поява у 50-х роках XX століття у Швейцарії махового автобуса-гіробуса. На ньому був застосований електромаховий агрегат, який живився від електричних акумуляторів, що заряджалися у нічний час.

В останні роки у ряді країн (США, Німеччини, Австрії) приступили до проектування нових гіробусів.

Виявляється, підзаряджати маховик енергією можна не тільки на стоянці, але і на ходу, від тролейбусних проводів і штанг. Деякий час такий гіротролейбус працює як звичайний тролейбус, але в той же час він підзаряджає свій маховий акумулятор, щоб потім без проводів проїхати до 10 км на одному маховому акумуляторі.

Великі роботи над маховими двигунами вела науково-дослідна ла­бораторія акумулювання механічної енергії під керівництвом профе­сора Н.В.Гуліа в Курському політехнічному інституті. В цій лаборато­рії створений оригінальний м'який центробіжний акумулятор - два маховики один у другому. Для зниження тертя в осях маховики підві­шені в магнітному полі. Тертя падає у 200 разів і автомобіль "Жигулі" з маховиком, що важить всього 7 кг, може по інерції проїхати 20 км.

У співдружності із Львівським автобусним заводом куряни створи­ли оригінальний гіробус.

 В гіробусі впроваджені маховики, намотані тонкими надміцними волокнами із вольфраму, бору, вуглецю всередині алюмінієвої основи.                                                                                                                           

   Надзвичайно оригінальний проект маленького міського легковогоавтомобіля із супермаховиковим акумулятором розроблений в Авст­рії.

Маса автомобіля 600 кг, включаючи 150 кг корисного вантажу. Маса маховика 100 кг. Потужність двигуна при швидкості 90 км/год, складає 3,5 кВт. Автомобіль проходить без підзарядки 180км.

Для розгону маховика застосовується електродвигун, який підклю­чається до мережі. Час розгону маховика 20-25 хв., початкова частота обертів маховика 23000 об./хв., кінцева - 12000 об./хв.                                   

У такому автомобілі відсутні зчеплення, приводний вал, диферен­ціал, піввісь, гальмівна система, акумулятори, стартер, генератор, сис­тема охолодження, паливна система.

В США ведуться роботи по дослідженню запасів енергії маховика­ми для тривалого пробігу автомобілів. Так, одним з таких ентузіастів-дослідників є Джек Біттерлі. Він намагається створити "батарею" з 16 маховиків, що могли б запасти енергію, достатню для пробігу автомо­біля на відстань 500 км. Кожен із маховиків Біттерлі виготовлений із вуглецевого волокна, важить 40 кг і обертається зі швидкістю 100 тис. обертів на хвилину. Він пропонує диски маховика розмістити у безпо­вітряному просторі герметичного кожуха і підвісити його на електро­магнітних "підшипниках". Таким чином маховик висітиме і не буде торкатись ні до чого під час обертання, тобто не відчуватиме тертя. Він буде розкручуватись, а потім віддавати енергію, завдяки закріпле­ним на ободі кожуха постійним магнітам. За межами алюмінієвого кожуха, через який проникає магнітне поле, знаходиться система об­моток. Якщо до зовнішнього джерела електроенергії подати на вказані обмотки струм, то він, взаємодіючи з магнітами, поступово розганя­тиме маховик до величезної швидкості. Коли ж маховик віддає енер­гію, його обертові магніти наводять у тих самих обмотках струм, який і живить електродвигун автомобіля.

Як заповняє Біттерлі, такий маховик уже створено і він має коефі­цієнт корисної дії значно вищий, ніж у бензинового двигуна.

Варто нагадати, що енергія, яку запасає маховик, пропорційна його масі, квадрату радіуса і квадрату швидкості обертання. Змальований маховик запасає 4 кВт/годин електроенергії, що вшестеро більше, ніж накопичує звичайний стартерний акумулятор. Маховик досить швид­ко нагромаджує енергію за 20 хвилин. Його можна розігнати до мак­симальної швидкості, тоді як електричний акумулятор заряджається за кілька годин. Як запевняє Біттерлі, маховик буде служити біля 20 ро­ків.

Але натомість вільного польоту фантазії приходить тверезий еко­номічний розрахунок. Вартість подібних маховиків при їх масовому виробництві коштуватиме 12 тис. доларів.

Винахідник переконаний, що його маховик знайде застосування і як стаціонарний накопичувач енергії, працюючи, приміром, із соняч­ними батареями чи вітряними двигунами.

Автомобільні фірми досить обережно ставляться до запропонова­ного винаходу і висувають жорсткі економічні вимоги. Наприклад, як забезпечити стабільне підвішування маховика в безповітряному прос­торі під час руху автомобіля вибоїстою дорогою. Як домогтися повної безпеки системи? Адже, за умови розриву маховика, що обертається з величезною швидкістю, від автомобіля, не кажучи вже про пасажирів, нічого не залишиться. Розуміємо, що від ідеї до її промислового впро­вадження вельми велика дистанція і все ж хочеться сподіватися, що рано чи пізно електромобілі з маховиками будуть рухатись вулицями, не отруюючи атмосферу шкідливими вихлопними газами.